JP2010502512A - 車両用の電源回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両の構成要素を制御するための装置であって、複数の制御デバイス（１〜１１）と前記制御デバイス（１〜１１）用の電源回路とを備える装置に関する。電源回路は一方が蓄電池（１２）に接続され、他方が制御デバイス（１〜１１）に接続されている。制御デバイスの一部（１〜６）は、蓄電池（１２）と制御デバイス（１〜６）との間の電流路に直接接続された静止電流スイッチ（１３）によってオフに切り替え可能であり、制御デバイスの別のグループ（１０）は、イグニッション／スタータスイッチ（１４）を介して蓄電池（１２）に接続されている。メイン電力コントローラ（１１）には蓄電池（１２）から電流が継続的に供給され、前記メイン電力コントローラは起動処理に従って静止電流スイッチ（１３）とイグニッション／スタータスイッチ（１４）を制御する。少なくとも１つの制御デバイス（３〜６、９）は、ヒューズ（１６）によって過負荷からそれぞれ保護される２つの電源端子（＋Ｃ、＋Ｐ）を備えている。第１の電源端子（＋Ｃ）は、制御デバイスのマイクロコンピュータ（μＣ）用の電圧調整器に接続されると共に蓄電池（１２）に静止電流スイッチ（１３）を介して接続され、第２の電源端子（＋Ｐ）はヒューズを介して蓄電池（１２）に接続される。マイクロコンピュータ（μＣ）には第１の電源端子（＋Ｃ）を介してエネルギーが供給され、パワースイッチ（１７）は第２の電源端子（＋Ｐ）を介して制御可能である。

Description

本発明は輸送手段、車両の構成要素を制御するための装置に関し、装置は複数の制御ユニットとこれらの制御ユニット用の電源回路とを備えている。電源回路は一方が蓄電池に接続され、他方が制御ユニットに接続されている。制御ユニットのいくつかは蓄電池と制御ユニットとの間の電流路に直接接続された静止電流スイッチによってオフにすることができ、別のグループの制御ユニットはイグニッション／スタータスイッチを介して蓄電池に接続されている。車載の車両電力システムの制御ユニットは蓄電池を介して絶え間なく電力を供給され、スイッチングプロセスのために静止電流スイッチ及びイグニッション／スタータスイッチを作動させる。

例えば乗用車や商用車などの輸送手段は、多数の制御ユニットが搭載された複雑なデータバスシステムを備えている。制御ユニットはデータバスを介して相互にメッセージを交換し合い、それに呼応して構成要素を作動させる。制御ユニットに測定値を提供し、電気モーター、スイッチ、及びリレーを作動させるために、制御ユニットにセンサとアクチュエータが直接接続されている。最小限の電流でデータバスを介して電気通信によるデータ伝達を行うだけでなく、個々の制御ユニットは、一方でそのマイクロコンピュータに電流を供給し、もう一方でそのセンサ及びアクチュエータに電流を供給するために、エネルギーを供給する必要がある。制御ユニットの動作停止プロセスが起動できなかった場合、前記制御ユニットは車両バッテリ、換言すれば蓄電池から電流を取り続け、その結果蓄電池を放電させることになるため、ここでの深刻な課題はこのようなデータバスシステムの静止電流が必要なことである。このため、公知の制御ユニットアーキテクチャでは、イグニッション／スタータスイッチに加え、更に静止電流スイッチも導入されている。これらのスイッチは、内燃機関がオフになってから最後の制御ユニットの電源が切断されると、オフ状態になって電源ラインを切断する。この結果、蓄電池から電流を引き込み続けることが完全に不可能になっている。静止電流スイッチは、蓄電池から電源ラインを電気的に分離させる機能を果たす。

特許文献１では、駆動モーターがオフにされた後も、所定のランオンフェーズの間アクティブのままであるネットワーク化された制御ユニットを備える輸送手段を開示している。このために、スイッチングオフ信号が制御ラインを介して各制御ユニットに送られ、結果として、制御ユニットの内部電圧調整器は前記制御ユニットをオフすることができる。

特許文献２では、高い電力負荷をオン／オフする制御ユニットを開示している。スイッチングオンとスイッチングオフプロセス時の負荷の急上昇により、電圧供給の異常又は途絶を防止するため、制御ユニットから電圧調整器に事前に情報が伝達される。このため、システムの所要電力を事前に適合させることができる。

特許文献３では、監視制御ユニットによって動作停止できるようにエネルギー供給ラインと接続している制御ユニットを有する自動車について記載している。制御ユニットの電源が切断されレスト状態になった場合、監視制御ユニットは実際の静止電流を測定し、所定の静止電流範囲から外れている制御ユニットをそれぞれリセットモードにする。このため、各制御ユニットの電流路をスイッチング素子によって切断できる。

特許文献４では、輸送手段の電子システムの静止電流を低減するための装置について記載している。中央の制御ユニットが、データバスを介して他の制御ユニットとネットワーク化される。中央の制御ユニットは、静止状態を開始するために、データバスをグランドに短絡させるための手段を有する。グランドへの短絡が検出されると、直ちに制御ユニットの電源が切断され、レスト状態になる。

特許文献５では、輸送手段における制御ユニットの電圧源について記載し、この電圧源は内燃機関のスイッチがオフにされた後、段階的に電源が切断される。この電圧の保持はランニングオンと呼ばれる。ランニングオンは第一のランニングオンフェーズと第二のランニングオンフェーズに分けられる。ここで、エンジン制御ユニット及び他の構成要素はメインリレーを介してバッテリに接続される。更に、オフにすることができる電圧源が、イグニッション／スタータスイッチを介して、バッテリから燃料ポンプに接続される。イグニッションスイッチが作動すると、端子１５に電圧が印加される。この後メインリレーがオフにされ、それによってエンジン制御ユニットがオフにされ得る。エンジンがオフになると、端子１５の電圧がオフになる。制御ユニットの制御ピンは、更なる回路をオフにするために、アクティブなままである。各ランニングオンフェーズの最後に、制御ピンを介して制御信号が出力され、回路がオフに切り替えられる。

独国特許出願公開第１０３ ３０ ４４６ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９７ ２４ ５７０ Ａ１号明細書 独国特許第１０３ １２ ５５３ Ｂ３号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００４ ０５４ ７２１ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１００ ６３ ７５３ Ａ１号明細書

本発明の目的は、公知の解決策よりも低電流スイッチング能力を有する静止電流スイッチで動作させることができる電源回路を有する代替装置を提供することであり、これにより高いコスト効率を実現することである。

この目的は、本発明に従って請求項１に記載の特徴により達成される。前記請求項によれば、少なくとも１つの制御ユニットが２つの電源端子を備え、電源端子のそれぞれがヒューズによって過負荷から保護される。第１の電源端子は、制御ユニットのマイクロコンピュータ用の電圧調整器に接続されると共に蓄電池に静止電流スイッチを介して接続され、第２の電源端子はヒューズを介して蓄電池に接続される。第１の電源端子はそれぞれマイクロコンピュータにエネルギーを供給し、第２の電源端子はそれぞれ制御ユニットごとに１つのパワースイッチを作動させ、その制御ユニットにより動作するアクチュエータの出力段にエネルギーを供給する。車載の車両電力システムの制御ユニットが静止電流スイッチを作動させてマイクロコンピュータの動作を停止するのと同時に、同じ制御ユニットのパワースイッチに電力が供給される。

本発明では、制御ユニットの個々のグループに共通の電源ラインを低電流供給ラインと高電流供給ラインに分けることで、静止電流スイッチとしてコストの高いリレーなしでも、その電流スイッチング機能を果たすことができることが判明した。本発明によれば、制御ユニットのマイクロコンピュータに電力を供給するために低電流供給ラインが提供され、各制御ユニットのパワースイッチを介してアクチュエータの出力段を動作させるために高電流供給ラインが提供される。制御ユニットシステムの電源が切断される場合、静止電流スイッチによって低電流供給ラインが切断されるだけで、高電流供給ラインは蓄電池に直接接続されたままである。制御ユニット内では、オフ状態で内部抵抗が非常に高いＭＯＳＦＥＴパワートランジスタがパワースイッチとして一般に使用されるので、静止電流スイッチによって更なる電源路を切断することは不要である。静止電流スイッチによって切断されるのは低電流供給ラインのみであるため、静止電流スイッチのスイッチング電力は従来の制御ユニットシステムに比べて大幅に削減され得る。

車両に現在使用されているような公知の２つのタイプの制御ユニットシステムを図１に概略的に示す。マイクロコンピュータμＣを備える第１の制御ユニット１には、蓄電池１２及び静止電流スイッチ１３によって電力が供給される。出力側のアクチュエータを負荷電流で作動させるために制御ユニット１内のパワースイッチ１７に電力が供給される。例えばこのタイプの類似した制御ユニットが制御ユニットシステム内に２０個設けられる場合、静止電流スイッチは状況によっては２０個全ての制御ユニットの負荷電流を切り替える必要があり、極端な場合で、アクチュエータの最大負荷電流の２０倍必要となる。静止電流スイッチ１３用のそのような電力リレーは、非常にコストが高くなる。ここで本発明に係る回路は、そうした静止電流スイッチ１３について大幅なコスト削減を実現している。

図１は、更なる公知の静止電流スイッチオフ方式を備えた更なる制御ユニット２も示している。この制御ユニットのアーキテクチャに静止電流スイッチは設けられていないが、マイクロコンピュータμＣは車載の車両管理制御ユニットから信号を受信した後で自動的に電源が切れる。この信号はデジタル電圧信号であり、電源としては使用されない。同一タイプの制御ユニットのそれぞれを信号ラインに接続し、各制御ユニットの電源切断をトリガする必要がある。制御ユニット自体の内部には更にスイッチが設けられており、スイッチが信号によってトリガされるとマイクロコンピュータ内のソフトウェアが起動する。これにより、マイクロコンピュータは動作が停止し、電源が切断されて静止状態になる。制御ユニットのグループをオフにするこの第２の方法では、車載の車両管理制御ユニットと、オフに切り替えられる制御ユニットとが独立した信号ラインで接続される必要がある。

この従来技術と比較して、本発明に係る解決策では制御ユニットごとに２つの電源端子を導入した代替制御ユニットアーキテクチャを提供している。静止電流スイッチによって切断されるのはマイクロコンピュータ用の電源ラインのみであり、アクチュエータ用の負荷回路は静止電流スイッチを介さずに直接蓄電池に接続されている。

本発明の一発展形態では、マイクロコンピュータ及びパワースイッチが制御ユニット内のプリント回路基板上に配置されている。パワースイッチの制御電極はマイクロコンピュータによって直接制御可能であり、パワースイッチの２つの負荷電流端子は制御ユニットからインターフェイスを介して別々に引き出されている。制御ユニットの外部にパワースイッチを離散的に配置すると追加のコストがかかり、システムを多数の構成要素で構成するとシステムの信頼性が低下することを考慮し、マイクロコンピュータ及びパワースイッチをプリント回路基板上に配置しているため、コストを削減することができる。

各制御ユニットの低電流供給端子は＋Ｃで示され、負荷電流の電源端子は＋Ｐで示されている。電気的に導通するように蓄電池に直接接続されているエネルギー供給ライン＋Ｐは静止電流スイッチを介さずに設けられており、一方、マイクロコンピュータの電源ライン＋Ｃは静止電流スイッチにつながっている。このように、マイクロコンピュータが静止電流状態に切り替えられても、パワースイッチは蓄電池に引き続き導電的に接続されている。

車載の車両電力システムの制御ユニットは、所定の時間にマイクロコンピュータの動作を停止させるために静止電流スイッチを制御する。車載の車両電力システムの制御ユニットは、追加のリセット供給ラインを駆動するためにリセットスイッチを更に作動させることができる。静止電流スイッチを介して電圧調整器をオフに切り替えなくても、リセット供給ラインを介して特定の複数のマイクロコンピュータでリセットプロセスを一緒に開始することができる。したがって、制御ユニットで障害が発生した場合（例えば、車両の駐車操縦時）でも、制御された再起動を行うことができる。このようなリセット供給ラインを介したリセット機能は、例えばテレマティックス制御ユニット又は乗員室制御ユニット等の特定の制御ユニットに限定して実行することができる。

こうして制御ユニットはリセット供給ラインを介してリセットモードになり得る。ここでは、エンジン制御ユニットにおいて、例えばエンジン制御ユニットのリセットを実行するだけでなくエンジン制御ユニットのすべての構成要素をオフにすることも可能である。したがって、例えば車両を駐車する場合は、エンジン制御ユニットをリセットモードにし、同時にアクチュエータの動作も停止させることができる。規定の準備モード後は、エンジン制御ユニットでのロジックに関する問題点を解決するために、エンジン制御ユニットを、適宜、再起動することができる。

複数の制御ユニットの第１の電源端子＋Ｃは、共通のヒューズを介して静止電流スイッチに接続され得ることが好ましい。そうすることで、マイクロコンピュータ用ヒューズを低電流供給ライン上で省くことが可能となる。

電源端子＋Ｃにはロジック回路、マイクロコンピュータ、及び低電流負荷を介して電流が供給されるため、電源端子＋Ｃは、通常、１アンペア未満の電流に対応する低電流端子として構成される。これに対して、アクチュエータを作動させるために、高電流供給端子＋Ｐを介してパワートランジスタに供給される負荷電流は、適宜、数アンペアから例えば１００アンペアになり得る。

次に、本発明について以下の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、前述したような、従来技術に係る２つの制御ユニット構成を示す。 図２は、本発明に係る回路構成を有する制御ユニットを示す。 図３は、本発明に従って従来の制御ユニットを作動させる制御ユニットアーキテクチャを示す。 図４は、個々の制御ユニットの低電流電源及び高電流電流と、選択された制御ユニットに対するリセット作動ラインとを備える制御ユニットアーキテクチャを示す。

図１は、従来技術に係る制御ユニットに含まれる電源回路の公知の変形例を２つ示したものであり、この変形例については従来技術と併せて上記に説明している。

図２は、マイクロコンピュータμＣとパワースイッチ１７とを備えた制御ユニット３である。電源回路は蓄電池１２（図示せず）から電力を供給される。電源端子＋Ｐは、電力が継続して供給される電源ライン２０とヒューズ１６とを介して電気的に導通するように接続されており、一方、第１の電源端子＋Ｃは、静止電流スイッチ１３によって蓄電池１２との接続がオンオフされ得る電源ラインにヒューズ１６を介して接続されている。

本発明によれば、電源回路には複数の類似した制御ユニットが接続されており、いずれの場合にも、第１の電源端子＋Ｃが静止電流スイッチ１３を介して蓄電池１２に一緒に接続されている。第１の電源端子＋Ｃは、それぞれの制御ユニットの電圧調整器に接続されていて、この電圧調整器からマイクロコンピュータμＣに電流が供給されるため、データバスシステムの電源が切断された後、静止電流スイッチ１３によって全てのマイクロコンピュータを一緒に安全な静止状態にする必要がある。

一方、対応するパワースイッチ１７として例えばＭＯＳＦＥＴトランジスタが使用されている場合、接続されたＭＯＳＦＥＴパワースイッチの内部抵抗は非常に高く、結果として電力損失がマイクロアンペアの範囲内におさまるため、出力段１８及びアクチュエータ１９は静止電流スイッチを介して動作する必要がない。このため、電源ライン２０を、静止電流スイッチを介してオフに切り替える必要もない。本発明によれば、このことにより、静止電流スイッチは電源端子＋Ｃを介してマイクロコンピュータの電源をオフにするように構成されるだけでよい、という大きな利点がもたらされる。電源式アクチュエータへの電力供給に使用される電源ライン２０は、静止電流スイッチ１３の場合のように静止電流リレーによってオフにされない。このように、本発明によれば、静止電流スイッチは一部の負荷（特にマイクロコンピュータ）を静止状態にするだけであるため、大幅なコスト削減を実現することが可能である。類似した複数の制御ユニットのアクチュエータ１９は、制御ユニットの内部パワースイッチを介してオフに切り替えられるが、ここではＭＯＳＦＥＴトランジスタが使用されているため電力損失は小さい。

図３には、本発明に従って輸送手段の構成要素を制御するために使用できると考えられる第１の装置を示している。例示的な制御ユニットアーキテクチャでは、典型的な制御ユニット１及び２が静止電流スイッチ１３を介して蓄電池１２に接続されている。いずれの場合も、ヒューズ１６が電源ラインに接続され、制御ユニットはグランドにそれぞれ接続されている。制御ユニット１及び２は両方とも低電流制御ユニットと呼ばれるものであり、センサやアクチュエータを低電力消費で作動させる。低電流制御ユニットによって静止電流リレー１３に余分な負荷がかけられることはほとんどないので、静止電流スイッチ１３を介して従来の方法でセンサやアクチュエータを作動させることができる。このため、静止電流スイッチ１３は、比較的に小さな静止電流容量で引き続き構成することができる。一方、制御ユニット７及び８は高電流制御ユニットであり、従って、切り替えができない電源ライン２０にそれぞれのヒューズ１６を介して接続されている。制御ユニットを他の制御ユニットとは別に電源回路から切断するために別個にスイッチ２３が設けられている。

このような典型的な制御ユニットに加えて、図３には他に、本発明に係る制御ユニットも接続されている。制御ユニット３は本発明に係る２つの電源端子＋Ｃ及び＋Ｐを備えており、電源端子＋Ｃ及び＋Ｐは、ヒューズ１６を介して、電源回路２０（オンオフの切り替えができない）と電源ライン（マイクロコンピュータμＣ用の静止電流スイッチ１３によってオンオフの切り替えが可能）にそれぞれ接続されている。

本発明に係る他の２つの制御ユニット４及び５も同様に、負荷電流用に第１の電源端子＋Ｃと第２の電源端子＋Ｐを備えている。制御ユニット４及び５の低電流電源端子＋Ｃは結合され、ヒューズ１６を介して電源ラインへ、更に静止電流スイッチ１３を介して蓄電池１２に通じ得る。この結果、複数の制御ユニットについてヒューズ１６を低電流側で省略することが可能である。制御ユニット４及び５において本発明に係る概念は、マイクロコンピュータに電源を供給するための電圧供給端子＋Ｃと、アクチュエータ１９に負荷電流を供給するための電源端子＋Ｐ（制御ユニットの内部にある負荷スイッチ１７を介してアクチュエータ１９に通じている）によって表されている。マイクロコンピュータ用の電源端子＋Ｃと負荷電流供給用の端子＋Ｐを分離した結果として、静止電流スイッチリレー１３の容量の設定において電流スイッチング容量を低く抑えることができ、静止電流スイッチ１３に関して大幅な節約が実現される。

図４は、電源回路を備えた本発明に係る装置の第２の代替例を示す。図３の例と比較すると、リセットスイッチ２１を備えたリセット電源ライン２２が導入されている。ここで導入可能なリセットスイッチ２１は、常閉スイッチと呼ばれるものであり、車載の車両電力システムの管理制御ユニット１１によって作動することができる。制御ユニットシステムで障害が発生した場合は、リセット供給ライン２２に接続されている特定の制御ユニット３及び９の動作がリセットスイッチ２１によって停止される。この場合、マイクロコンピュータは自動的に規定のリセット状態となり、マイクロコンピュータに再度電源が投入される。車載の車両電力システムの管理制御ユニット１１は、ここでは、こうしたリセット状態が自動車の所定の駐車状態でのみトリガされ得るように構成されている。

車載の車両電力システムの管理制御ユニット１１は更に、イグニッション／スタータスイッチ１４を作動させる。イグニッション／スタータスイッチ１４は近年の車両では電気的に作動されている。制御ユニット１０は、このイグニッション／スタータスイッチ１４に配置され、制御ユニット１０の電源は、エンジンが始動すると投入され、エンジンが停止すると切断される。例えば駐車制御ユニットの機能は内燃機関が停止すると、不要となるので、駐車制御ユニットはエンジン停止によってオフにされる。リセット制御ユニット３及び９は、例えば、エンジン制御ユニットＭＳＧを備えている。このＭＳＧは、ヒューズ１６と電源ライン８７Ｍ上のセントラルスイッチとを介して電源ライン２０に接続され、蓄電池１２に接続されている。リセット電源ライン２２に接続されている電源ライン２４はリレー２５によってオフにすることができる。これにより、同時に負荷回路用のスイッチ２３が確実に開状態になる。

他方のリセット対応制御ユニット３は、例えば、誤動作が発生した場合に所定の方法でリセット状態にされ得る乗員室制御ユニットであり得る。制御ユニット６は、２つの電源端子＋Ｃ及び＋Ｐを備えた本発明に係る類似の制御ユニットグループの例として示されている。このグループは、静止電流リレースイッチ１３の容量の設定が比較的小さくなるという本発明の利点を可能にする。従って、静止電流スイッチ１３が構成される場合、輸送手段の大量生産時に大幅な費用効果が得られる。

Claims (6)

1. 複数の制御ユニット（１〜１１）と前記制御ユニット（１〜１１）用の電源回路とを備える、輸送手段の構成要素を制御するための装置であって、前記電源回路は一方が蓄電池（１２）に接続され、他方が前記制御ユニット（１〜１１）に接続され、前記制御ユニットの一部（１〜６）は前記蓄電池（１２）と該一部の制御ユニット（１〜６）との間の電流路に直接接続される静止電流スイッチ（１３）によってオフに切り替え可能であり、別の前記制御ユニット（１０）はイグニッション／スタータスイッチ（１４）を介して前記蓄電池（１２）に接続されており、車載の車両電力システムの制御ユニット（１１）は前記蓄電池（１２）によって電力を継続的に供給され、前記車両電力システムの制御ユニット（１１）が前記静止電流スイッチ（１３）と前記イグニッション／スタータスイッチ（１４）をスイッチング作動させる装置において、
   少なくとも１つの制御ユニット（３〜６、９）が２つの電源端子（＋Ｃ、＋Ｐ）を有し、
   第１の電源端子（＋Ｃ）が前記制御ユニットのマイクロコンピュータ（μＣ）用の電圧調整器にそれぞれ接続されると共に前記静止電流スイッチ（１３）を介して前記蓄電池（１２）にそれぞれ接続され、
   第２の電源端子（＋Ｐ）がヒューズを介して前記蓄電池（１２）に接続され、前記マイクロコンピュータ（μＣ）は、前記第１の電源端子（＋Ｃ）を介してエネルギーを供給され、パワースイッチ（１７）がアクチュエータ（１９）にエネルギーを供給するために前記第２の電源端子（＋Ｐ）を介して電力を供給され、
   前記車両電力システムの制御ユニット（１１）が前記マイクロコンピュータ（μＣ）の動作を停止させるために前記静止電流スイッチ（１３）を制御し、これに対応して制御ユニット（１〜１１）の前記パワースイッチ（１７）に電力が供給されること、を特徴とする装置。
2. 前記マイクロコンピュータ及び前記パワースイッチが前記制御ユニット（３〜６、９）内に配置され、前記パワースイッチ及び前記マイクロコンピュータ（μＣ）はプリント回路基板上に配置され、前記パワースイッチの制御電極は前記マイクロコンピュータによって作動可能であり、パワースイッチの２つの負荷電流端子は前記制御ユニット（３〜６、９）からインターフェイスを介して別々に引き出されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記車両電力システムの制御ユニット（１１）が所定の時間に前記マイクロコンピュータ（μＣ）の動作を停止させるために前記静止電流スイッチ（１３）を作動させ、前記車両電力システムの制御ユニット（１１）がリセット供給ライン（２２）に接続されている前記制御ユニット（３、９）をまとめて所定のリセットモードにするためにリセットスイッチ（２１）を作動させることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
4. 複数の制御ユニット（４、５）の複数の第１の電源端子（＋Ｃ）が共通のヒューズ（１６）を介して前記静止電流スイッチ（１３）に連結していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 制御ユニット（９）が前記リセット供給ライン（２２）を介してリセットモードにされることと、接続手段がスイッチ（２３）によって前記電源ライン（２０）を同時に遮断し、その結果、前記作動されているアクチュエータ（１８）の動作が同時に停止させられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記第１の電源端子（＋Ｃ）が、ロジック回路、マイクロコンピュータ、及び低電流負荷に電力を供給するために、１アンペア未満の電流に対応する低電流端子として構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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